Технологии прогнозирования распространения примеси методом случайных смещений (метод Монте-

реклама
Технологии прогнозирования
распространения примеси методом
случайных смещений (метод МонтеКарло) в тропосфере и нижней
стратосфере
Бородин Р.В., Свиркунов П.Н., Клепикова Н.В.,
Фреймундт Г.Н., Стогова И.В.
ФГБУ «НПО «Тайфун»
Функции и задачи ФИАЦ Росгидромета
Функции:
ФИАЦ Росгидромета
РСМЦ ВМО
ЦТП КЦ Концерна «Росэнергоатом» и группы ОПАС
ГИАЦ ЕГАСКРО
...
Задачи:
 Сбор, хранение, обработка и представление данных о
состоянии загрязнения окружающей среды на территории РФ
 Оперативный анализ и прогноз распространения
загрязнения в случае природных или техногенных аварий
 Информационная
поддержка
принятия
решений
государственными органами в период кризисных ситуаций,
обусловленных
экстремально
высоким
загрязнением
окружающей природной среды
Система RECASS NT
Сервер
Сообщение об
аварии
Диспетчер Задач
Расчетные модули
Подготовка исходных
данных
Метеопроцессор
Расчет атмосферного
переноса
Расчет переноса по
водным объектам
Расчет доз
Выработка контрмер
Клиент
Интегрированный
Банк Данных
База
Оперативных
Данных
Просмотр
исходных
данных
База
Системных
Данных
Управление
расчетами
База
Результатов
Расчетов
Просмотр
результатов
расчетов
Метеорологический препроцессор
Исходные данные:
– сценарий расчета
– набор полей объективного анализа и прогноза
– библиотека сеток рельефа
– библиотека сеток со значениями параметра
шероховатости
Результаты – пространственно-временной набор полей:
– скорости ветра
– параметра устойчивости атмосферы
– инвертированного масштаба длины Монина –
Обухова
– динамической скорости трения
– высоты пограничного слоя атмосферы
– высоты слоя вымывания
– эффективной интенсивности осадков
Поле значений параметра шероховатости земной
поверхности
Поле ветра
Модель атмосферной диффузии STADIUM
Характеристики модели
Модель предназначена для оперативного прогноза
загрязнения атмосферы и подстилающей поверхности
при аварийных техногенных и природных выбросах ЗВ
в атмосферу
• от локального до глобального масштаба;
• для набора источников ЗВ произвольных размера,
мощности, времени действия и дисперсного состава;
• с учетом нестационарности и пространственной
неоднородности метеопараметров;
• с учетом переноса, турбулентного рассеяния, сухого и
влажного выведения примеси и ее радиоактивного
распада
Модель атмосферной диффузии STADIUM
Исходные данные:
– сценарий расчета
– набор полей метеорологических характеристик
– параметры модели
Результаты – пространственно-временной набор полей:
– средней (за интервал выдачи результатов)
концентрации в воздухе
– проинтегрированной по времени (от начала расчета)
концентрации в воздухе
– проинтегрированной по времени (за интервал
выдачи результатов) концентрации в воздухе
– плотности выпадений на подстилающую поверхность
вследствие сухого и влажного осаждения
– времени прихода облака
Концентрации в воздухе рассчитываются в заданных
слоях по вертикали
Модель атмосферной диффузии STADIUM
Метод расчета
Процесс переноса, рассеяния и осаждения ЗВ моделируется
регулярными и случайными смещениями частиц



x (t  t )  x (t )  v  t  x,
2

x ~ K ( K x , K y , K z )
Kz определяется в ПСА параметризацией А. Холтслага и др.,
а в свободной атмосфере – параметризацией Б.Легра на
основе анализа данных наблюдений
Kx,y определяются скоростью роста дисперсии облака ЗВ и,
следуя Гиффорду,

2
x, y
 2
2
u ,v
 t


 TL 1  e TL   t


Для дисперсии скорости ветра используется параметризация Р. Броста
на основе экспериментальных данных.
Лагранжевы временные масштабы TL получены Гиффордом путем
обработки измерений разномасштабных облаков ЗВ.
Верификация модели STADIUM по данным
диффузионных экспериментов
Эксперимент ANATEX (Across North America Tracer EXperiment)
проводился с 5 января по 29 марта 1987 года в США.
Было осуществлено 66 выбросов трассера, длительностью 3 часа из
двух источников (г.Глазго, Монтана и г.Сент-Клауд, Миннесота)
Измерения приземной концентрации проводились в 77 пунктах
Верификация модели STADIUM по данным
диффузионных экспериментов
Эксперимент ETEX (European Tracer EXperiment) проводился осенью
1994 года в Европе.
Было осуществлено 2 выброса трассера, длительностью 12 часов из
источника вблизи г. Ренн, Франция
Измерения приземной концентрации проводились в 168 пунктах
Верификация модели STADIUM по данным
диффузионных экспериментов
Модель
Организаци
я
Страна
Критерий
Название
Лучшее
значение
FLEXPART
IM UNRALS
NIAR
Австрия
,
Норвеги
я
FB
Нормированное
среднее
отклонение
0
NMSE
Нормированная
дисперсия
0
FMS
Качество по
пространству
100%
P
Коэффициент
корреляции
1
KS
Параметр
КолмогороваСмирнова
0
RANK
Обобщенный
параметр
Дракслера
4
HYSPLIT
GAMUT
NOAA ERL
США
NOAA
США
CALPUFF
CAPB SPC
США
SCIPUFF
DSWA
США
STADIUM
ФИАЦ
Россия
Верификация модели STADIUM по данным
диффузионных экспериментов
Место по критериям
Модель
FB
NMSE
FMS
P
KS
RANK
STADIUM
2
1
1
2
1
1
HYSPLIT
3
2
3
4
4
2
SCIPUFF
6
–
4–5
1
2
4
FLEXPART
4
3
2
3
3
5
GAMUT
1
–
4–5
5
5
3
CALPUFF
5
4
6
6
6
6
Лесные пожары в Греции (август 2007)
Торфяные пожары вокруг Москвы (лето 2010)
Извержение исландского вулкана (май 2011)
Авария на АЭС «Фукусима-1»
Авария на АЭС «Фукусима-1»
Авария на АЭС «Фукусима-1»
Скачать